게놈분석을 통해 삼림의 적, 소나무좀을 알아보다!

영명 : The mountain pine beetle(MPB : 소나무좀)

학명 : Dendroctonus ponderosae Hopkins

딱정벌레목

소나무좀에 의한 영향과 게놈 해독

  The mountain pine beetle(MPB : 소나무좀)은 약 2억4천만 년 전, 첫 출현하여 현재까지 40만종이상 발견되었다. 이는 전체 생물 군에서 1/5에 해당하는 수치이다. 미국 서북지역 소나무 숲에서 가장 많은 발견되는 해충이며 최근 이들의 발병 증가로 삼림감소와 이에 따른 삼림산업이 영향받고 있다. 또한, 소나무좀에 의해 썩은 나무들로부터 발생되는 탄소배출량 증가가 소나무좀과 연관 있다는 보고도 있다.

  딱정벌레목에서 현재까지 게놈 염기서열이 밝혀진 종은 붉은 밀가루 갑충(red flour beetle, 학명: Tribolium castaneum) 한 종뿐 이였다. 본 연구에서는 NGS 기술을 이용한 해독 및 분석을 통해 Dendroctonus ponderosae의 게놈 초안을 밝혀냈다. 시퀀싱결과, 소나무좀의 게놈은 204Mbp 였으며 단일 염기 변이(SNV; Single Nucleotide Variant)는 평균 Kb당 0.48개 존재했으며, 단일 염기 다형성(SNP; Single Nucleotide Polymorphism)는 169만 개가 평균 Kb당 7.55개 존재하였다.

  인간을 제외한 동•식물에서는 감수분열 시 염색체 분리이상으로 인해, neo-X(상염색체를 추가로 보유한 X 염색체)와 neo-Y(상염색체 일부가 소실된 X 염색체)가 빈번하게 발견되는 데, 이는 성별에 따른 페로몬 생성과 외관상 크기변화와 관련 있다.

장내세균 유전자와 숙주의 공격에서 살아남기 위한 특징

  염기서열을 분석한 결과, 장내 세균에서만 특이적으로 발견되는 scrB(sucrose-6-phosphate hydrolases) 유전자가 소나무좀에 존재함을 발견하였으며, 다른 소나무좀 종들에게서도 모두 존재하였다. 소화기능에 관련된 scrB 유전자가 장내세균에서부터 소나무좀에 수평적으로 이동되었고, 이로 인해 소나무좀이 먹이로 하는 소나무 껍질에 대한 소화기능을 획득한 것으로 보인다.

  소나무좀은 숙주인 소나무에 기생생활을 하는데, 소나무는 자가방어의 하나로 이들을 죽이기 위한 독성물질을 배출한다. 그럼에도 불구하고 소나무좀이 숙주나무에 존재한다는 것은, 독성 물질의 해독 대사 과정과 관련이 있는 유전자가 존재한다는 것을 의미한다. 따라서 소나무좀에서 해독 대사 과정과 관련이 있는 cytochrome 450과 glulathion-s-transferase(GST)의 존재에 대해서 분석 하였다.

  cytochrome 450은 크게 4개 clade로 구분되며 소나무좀에서는 cytochrome 4,6,9번 유전자가 많이 발현됨을 알 수 있었다. GST의 경우, 6개 clade로 구성되어있으며 이중 Epsilon과 delta지역의 GST가 소나무좀에서 주로 발현되었다. 이것은 소나무좀의 무독화작용이나 세포 방어작용 시 주요한 역할을 한다는 것을 의미하는 것이다.

맺음말

  소나무좀 때문에 숲과 나무의 파괴 및 증발되는 수분량 감소가 일어나게 되고, 또한 강우량 감소로 인해 대기온도 상승효과가 일어나고 있다. 이와 같은 소나무좀을 죽이기 위해 소나무로부터 방출되는 독성물질이 대기오염 증가의 원인이 된다는 보고가 최근 잇따르고 있다.

  NGS기법을 사용한 소나무좀의 드노보 염기해독은 나무껍질 안쪽이라는 열악한 환경임에도 불구하고, 소나무좀의 넓은 기후 생물학적 범위(bioclimatic range)에서 생존할 수 있는 독특한 특징을 보여주고 있다. 따라서 소나무좀과 같은 해충들을 박멸할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있다고 기대해본다.

참고문헌

1. The genome of the model beetle and pest Tribolium castaneum. Nature 2008, 452:949-955.

2.  A comprehensive phylogeny of beetles reveals the evolutionary origins of a superradiation. Science 2007, 318:1913-1916

역저자

글 : Jeon.EunSook(eunsook.jeon@therabio.kr)

편집 : Park.HyeonJi, Ahn Kung

키워드 : 신규해독(de novo sequencing), 소나무좀(mountain pine beetle), 성염색체(X-chromosome), 해독(ditoxification) 등